§52. Отдел Голосеменные

Определения и обозначения

Голосеменные — растения, у которых семена развиваются открыто на чешуях шишек, а не внутри плода. Слово «голые» указывает именно на расположение семян: они не закрыты стенками плода. Это определение помогает отличить голосеменные от растений, у которых семена находятся внутри плода.

Шишка — видоизменённый укороченный побег, состоящий из оси и чешуй; у голосеменных шишки бывают мужские и женские. Иными словами, это не плод, а часть растения, связанная с размножением. По виду и строению шишек можно понять, где образуются пыльца или семязачатки.

Мужская шишка — образование с пыльцевыми мешками, в которых формируется пыльца. Пыльца переносит мужские половые клетки и участвует в начале размножения. Поэтому мужские шишки нужны для образования пыльцы, а не семян.

Женская шишка — образование с семенными чешуями, на которых находятся семязачатки и позже развиваются семена. Семязачаток — часть растения, из которой после оплодотворения формируется семя. Открытое расположение семязачатков на чешуях объясняет, почему у голосеменных не образуется плод.

Как это устроено

Мужские и женские шишки выполняют разные задачи. В мужских шишках на чешуях расположены пыльцевые мешки, где образуются пылинки, а на чешуях женских шишек лежат семязачатки. Такое разделение позволяет одной шишке производить пыльцу, а другой — принимать её и участвовать в образовании семян.

Пыльца обычно переносится ветром, потому что её лёгкие зёрна могут перемещаться по воздуху. Попав на женскую шишку, пыльца достигает семязачатка. Затем мужская половая клетка попадает к женской по пыльцевой трубке — выросту пыльцевого зерна, и происходит оплодотворение, то есть слияние половых клеток.

Опыление и оплодотворение — разные события. Опыление означает перенос пыльцы к семязачатку, а оплодотворение происходит позднее, когда сливаются половые клетки. После этого семязачаток развивается в семя, в котором находится зародыш будущего растения и запас питательных веществ для его начального роста.

Семя остаётся на чешуе женской шишки открытым, потому что у голосеменных нет цветка с завязью, из которой мог бы образоваться плод. Поэтому шишка не окружает семена так, как плод покрытосеменного растения. Именно расположение семени отличает голосеменные от растений с плодами.

Размножение пыльцой делает голосеменные менее зависимыми от воды, чем растения, которым для встречи половых клеток нужна водная среда. Ветер доставляет пыльцу к женским шишкам, а дальнейшее продвижение к семязачатку обеспечивает пыльцевая трубка. Это помогает растениям размножаться на суше и в местах, удалённых от водоёмов.

Сосна и ель относятся к хвойным голосеменным, но их легко различить по отдельным признакам. У сосны длинные иголки обычно растут парами, а у ели короткие и острые хвоинки располагаются по одной на побеге. Шишки у обоих растений древеснеют, однако различаются формой и размером; общими остаются открытое развитие семян на чешуях и образование пыльцы в мужских шишках.

Сравнение мужских и женских шишек

Сравнивайте шишки по их роли и по тому, что расположено на чешуях. Пыльца связана с мужской шишкой, а семязачатки и будущие семена — с женской. Так проще не перепутать перенос пыльцы с образованием семени.

Разбор задач

Задача: На чешуе сосновой шишки обнаружено семя. Объясните, почему сосну относят к голосеменным. Решение: нужно определить, где находится семя, и сравнить это расположение с признаками голосеменных. Само наличие шишки ещё не делает её плодом.

1. Найдём место, где лежит семя: оно расположено на чешуе шишки. Значит, семя не заключено внутри плода. Это главный признак из определения голосеменных.
2. Проверим, что представляет собой шишка: это побег с чешуями, а не плод, образовавшийся из завязи цветка. Следовательно, шишка не скрывает семя внутри себя. По открытому расположению семени растение относят к голосеменным.

Ответ: сосна — голосеменное растение, потому что её семена развиваются открыто на чешуях шишки, а не внутри плода.

Задача: Расположите этапы размножения сосны в правильном порядке: образование пыльцы, перенос пыльцы ветром, оплодотворение, развитие семени. Решение: сначала растение должно образовать пыльцу, после этого она может попасть на женскую шишку. Важно различить доставку пыльцы и слияние половых клеток: это не одно и то же.

1. Первым идёт образование пыльцы в мужских шишках. Без неё ветер не сможет перенести пыльцевые зёрна к женским шишкам. Значит, образование пыльцы предшествует переносу.
2. Вторым происходит перенос пыльцы ветром к семязачатку — это опыление. Третьим идёт оплодотворение, то есть слияние мужской и женской половых клеток. Последним развивается семя из оплодотворённого семязачатка.

Ответ: образование пыльцы → перенос пыльцы ветром → оплодотворение → развитие семени. Опыление — это перенос пыльцы, а оплодотворение — последующее слияние половых клеток.

Задача: В лесу растут сосна и ель. По описанию расположения хвои и шишек определите, какое растение описано, и назовите общие признаки, позволяющие отнести оба растения к голосеменным. Решение: сначала используем признаки хвои, чтобы определить растение. Затем отделим эти отличия от признаков, общих для обоих видов.

1. Если длинные иголки растут попарно, это сосна. Если короткие острые хвоинки располагаются по одной на побеге, это ель. По расположению хвои можно определить растение, даже если шишки описаны не очень подробно.
2. Теперь найдём общие признаки: у обоих растений есть шишки, а семена развиваются открыто на чешуях женских шишек. Пыльца образуется в мужских шишках. Эти общие особенности, а не только форма хвои, позволяют отнести сосну и ель к голосеменным.

Ответ: длинная парная хвоя указывает на сосну, короткая хвоя по одной — на ель. Оба растения голосеменные, потому что их семена открыто развиваются на чешуях шишек.

Типичные ошибки

Ошибка: считать шишку плодом. Такое мнение возникает потому, что зрелая шишка несёт семена и похожа на орган, защищающий их. Но плод образуется из завязи цветка, а шишка является видоизменённым побегом; проверить себя можно вопросом, заключено ли семя внутри плода.

Ошибка: называть пыльцу семенами. Пыльцу легко принять за будущие семена, потому что она тоже участвует в размножении. Однако пыльца переносит мужские половые клетки, а семя развивается позднее из семязачатка после оплодотворения; проверьте, на какой стадии находится процесс.

Ошибка: путать опыление с оплодотворением. Их часто смешивают, потому что оба события связаны с размножением и следуют одно за другим. Опыление — перенос пыльцы, оплодотворение — слияние половых клеток; чтобы проверить себя, спросите, пыльцу только доставили или половые клетки уже слились.

Ошибка: утверждать, что все голосеменные — только хвойные. Сосна и ель — самые знакомые представители, поэтому кажется, что других групп нет. Хвойные составляют основную знакомую группу, но отдел включает и другие группы растений; проверяйте, не подменяете ли вы весь отдел одним примером.

Связь с другими темами

Для понимания шишки и хвои полезны знания о строении побега и листа, а также умение различать корень, стебель и лист. Тема связана с размножением растений и строением цветка: сравнение с покрытосеменными показывает, что у них семена заключены в плод, а у голосеменных развиваются открыто. Эти знания пригодятся при изучении разнообразия растений и хвойных лесов. Они также помогают понять, какие особенности позволяют растениям размножаться на суше.

Что запомнить

• У голосеменных семена не заключены внутри плода.
• Шишки бывают мужские и женские.
• Пыльца образуется в мужских шишках.
• Семязачатки находятся на чешуях женских шишек.
• Пыльцу обычно переносит ветер.
• После оплодотворения из семязачатка развивается семя.
• Сосна и ель — представители голосеменных.